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来源:科学揭秘 作者:小慧 时间:2020-09-28 12:16:39

 镤

镤(protactinium,Pa)是一种天然放射性元素。原子序数91,原子量231.03588。1913年美国化学家法扬斯发现短半衰期的镤234,1917年英国化学家索迪、哈恩等各自独立发现长半衰期的镤231,这也是仅有的两种天然放射性元素,现已发现质量数在215~238之间的镤的21个同位素。

231Pa主要用于科学研究。它也是由 (n,γ)反应制取铀-232的原料。

镤可用四氟化镤等用钡还原而制得。也可用酮和醇从铀精炼厂残余物中分离、萃取。

发现简史

发现人: 哈恩、迈特纳、索迪、克兰斯顿

发现年代:1917年

地点: 英格兰/法国

希腊文:proto和actinium(锕之母)。镤放射性衰变为锕。

1871年,门捷列夫预言钍和铀之间有元素的存在。当时锕系元素还没有被发现。因此1950年代出版的周期表,先是铀、钨、锆、钍、钽,而钽下面的空格是空的。造成很长一段时间的化学家以EKA-钽作为搜索的结果来搜寻相似的化学性质如钽的元素,而使得发现镤几乎不可能。

在1903年,威廉·克鲁克斯从铀分离出强烈的放射性物质镤,然而他不知道他发现了一个新的化学元素,因此将其命名为铀-X。克鲁克斯将硝酸铀酰溶解于乙醚中,发现剩余的水中含有钍-234和镤-234。

1913年,当时法扬斯(Kasimir Fajans)和格林(Oswald Helmuth Göhring),在他们的研究铀-238衰变链:铀-238→钍-234→镤-234→铀-234,发现了镤的231号同位素。因为它镤-231的半衰期仅只有6.7小时,他们将这个新元素命名为Brevium(拉丁语,意思是短暂或短期)。

在1917年至1918年,两组科学家奥托·汉恩(Otto Hahn)和莉斯·麦特纳(Lise Meitner),以及德国和英国的弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)和约翰·克兰斯登(John Cranston)的,另外发现了镤-231,半衰期约3.2万年。他们将这个元素更名为镤(protoactinium)(proto- 源于希腊文:πρῶτος,意义为之前,首先;-actinium 源于锕的英文名),因为镤在铀-235衰变链的在锕之前。

Aristid von Grosse于1927年提取2毫克的Pa2O5,并于1934年首次分离出元素镤于0.1毫克的Pa2O5。他用两种不同的方法:第一个,氧化镤在真空中照射35 keV的电子。在另一种方法中,被称为范亚克-戴波耳法,将氧化物的化学置HF换为一个卤化物(氯化物,溴化物或碘化物),然后在真空用一个电加热的金属丝:

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961年,英国原子能管理局(UKAEA)用125克纯度为99.9%镤,用一个12级的过程处理60吨的废料,成本约50万美元。

美国橡树岭国家实验室提供镤的成本约280美元/克。

制备方法

镤有两种制取途径: 一种是从铀矿渣中提取;另一种是在反应堆中,用中子辐照钍-230靶,由核反应制得。

从矿渣中分离提取的化学过程复杂,一般要经过溶剂萃取和离子交换分离过程。英国科学家曾从铀“醚渣”中回收了125g纯度为99.9%的Pa。

中国研究了从铀矿渣中提取镤的流程。该流程以沥青铀矿为原料,经硝酸浸出铀、镭后,用氢氟酸浸出渣中的镤,经苯基磷酸-2-乙基己基酯-二甲苯、三烷基氧膦-二甲苯、三脂肪胺-混合醇-磺化煤油等三次溶剂萃取和阴离子交换树脂色层分离获得纯化镤。

海水中的镤

镤在海水中的溶存形态可能是五价的氧化态,以PaO(OH)2.5或Pa(OH)4.5水解形态存在。这些水解产物被吸附在氢氧化物和粘土矿物等天然吸附剂的表面上,最后在海底沉积物或铁锰结核中富集。

由于镤在海水中的含量极低,所以必须要取大体积(200-500升)水样才能分析。通常用氢氧化铁和二氧化锰进行富集,然后再用溶剂萃取或阴离子交换法分离、纯化。至今,海水中测定镤的实例还不多。有的报道说,在太平洋赤道海域其值为3—5×10克/升,在北太平洋和加勒比海其值为1.3-2.4×10克/升。这只不过是与U平衡值的0.15-7%。不平衡的原因是与镤的水解产物沉积在海底沉积物所致。

在镤的放射性同位素中,较有意义的是Pa。利用锾镤法( Pa/Th)或镤法,可以测定海底沉积物的年代及铁锰结核和磷块结核的生长速度。

 

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